JP2004029691A - ファイバグレーティング型光部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】グレーティング部の中心波長の温度依存性を大幅に抑制する。
【解決手段】紫外線に感光し、かつ正の温度依存性を持つ屈折率を有するゲルマニウム、および正の温度依存性をキャンセルする負の温度依存性を持つ屈折率を有するボロンが共にドープされたコア層３、このコア層３の屈折率よりも低い屈折率を有し、コア層３を被覆する第１のクラッド層４およびこの第１のクラッド層４の屈折率よりも低い屈折率を有し、第１のクラッド層４を覆う第２のクラッド層５をそれぞれ有する光ファイバ２と、この光ファイバ２のコア層３のファイバ軸方向に沿った所定部位におけるコア層３の屈折率のファイバ軸方向に沿った周期的変化として形成された長周期グレーティング部１０とを備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】紫外線に感光し、かつ正の温度依存性を持つ屈折率を有するゲルマニウム、および正の温度依存性をキャンセルする負の温度依存性を持つ屈折率を有するボロンが共にドープされたコア層３、このコア層３の屈折率よりも低い屈折率を有し、コア層３を被覆する第１のクラッド層４およびこの第１のクラッド層４の屈折率よりも低い屈折率を有し、第１のクラッド層４を覆う第２のクラッド層５をそれぞれ有する光ファイバ２と、この光ファイバ２のコア層３のファイバ軸方向に沿った所定部位におけるコア層３の屈折率のファイバ軸方向に沿った周期的変化として形成された長周期グレーティング部１０とを備えている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光フィルタ等として利用されるファイバグレーティング型光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファイバグレーティング型光部品は、シングルモード光ファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ：ＳＭＦ）と、このＳＭＦのコア層に対して紫外レーザ光を照射することによりファイバ軸方向に形成された屈折率の周期的変化であるファイバグレーティングとを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この周期的変化が、その周期的変化部位を介して伝送される光信号の波長帯域と同一オーダである例えば１μｍオーダのファイバグレーティングを短周期ファイバグレーティング（ＦＢＧ；Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）と呼び、また、１００μｍ〜数１００μｍの周期的変化を持つファイバグレーティングを長周期ファイバグレーティングと呼ぶ。
【０００４】
長周期ファイバグレーティングは、光ファイバの導波モードの光信号パワーをクラッドモードの光信号へ結合させることができる。この特性を利用して、上記長周期グレーティングを用いたファイバグレーティング型光部品は、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；エルビゥム添加光ファイバ増幅器）等の光ファイバ増幅器のＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ；増幅された自然放出光）抑制・除去や利得波長依存性を補償するためのフィルタデバイスとして、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；波長分割多重）システム等の様々や光通信システムに利用されている。
【０００５】
例えば、利得等化器を有する長周期グレーティングをＥＤＦＡおよび利得等化器と組み合わせることにより、ＥＤＦＡおよび利得等化器の利得特性の変化を補償することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１４５９４１号。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＭＦを用いた長周期ファイバグレーティングの中心波長は、図８に示すように、一般的な利得等化器に比べて大きな温度依存性（約５０ｐｍ／℃）を有している。このため、ＳＭＦを用いた長周期ファイバグレーティングを利用する際には、上記中心波長の温度依存性を補償する手段が新たに必要になり、長周期ファイバグレーティングの利用を困難なものとしていた。
【０００８】
ところで、長周期ファイバグレーティングをＷＤＭシステム等の様々や光通信システムに利用するためには、長期的に信頼性を確保する観点から、設計許容値、例えば、中心波長変動を約０．５ｎｍ以下、および透過損失波形変動を約１ｄＢ以下に抑制しなければならない。
【０００９】
この点、ＳＭＦを用いた長周期ファイバグレーティングに対して、ベルコアのＧＲ‐１２２１に準拠した長期信頼性試験（高温高湿試験；８５℃・８０％ＲＨの高温高湿環境下で２０００時間の試験）を行った結果、図９に示すように、中心波長が約３ｎｍ低波長側にシフトし、透過損失特性の波形が変動することが分かった。
【００１０】
このため、長周期ファイバグレーティングの長期信頼性の向上、すなわち、ベルコアのＧＲ‐１２２１準拠の長期信頼性試験において、中心波長のシフトを大幅に抑制し、透過損失波形を略一致させる必要が生じていた。
【００１１】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、長周期ファイバグレーティングの中心波長の温度依存性を大幅に抑制することができるファイバグレーティング型光部品を提供することをその第１の目的とする。
【００１２】
また、本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、長周期ファイバグレーティングの長期信頼性を大幅に向上させることができるファイバグレーティング型光部品を提供することをその第２の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の態様に係わるファイバグレーティング型光部品によれば、紫外線に感光し、かつ正の温度依存性を持つ屈折率を有する第１の材料、および前記正の温度依存性をキャンセルする負の温度依存性を持つ屈折率を有する第２の材料が共にドープされたコア層と、このコア層の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記コア層を被覆する第１のクラッド層と、この第１のクラッド層の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記第１のクラッド層を覆う第２のクラッド層とをそれぞれ有する光ファイバと、
前記光ファイバのコア層のファイバ軸方向に沿った所定部位における当該コア層の屈折率の前記ファイバ軸方向に沿った周期的変化として形成されたグレーティング部と、を備えている。
【００１４】
特に、本発明の態様において、前記第２のクラッド層の外周部をハーメチックにコーティングするコーティング部材をさらに備えている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わるファイバグレーティング型光部品１を示す斜視図である。
【００１６】
図１に示すように、ファイバグレーティング型光部品１は、通常のＳＭＦの代わりとして、グレーティング用光ファイバ２を備えている。
【００１７】
このグレーティング用光ファイバ２は、図１に示すように、石英ガラス（シリカ（ＳｉＯ２）ガラス）に対して、上記シリカより屈折率が高く且つ紫外線に感光するゲルマニウム（Ｇｅ；ゲルマニア（ＧｅＯ２と同義である））およびボロン（Ｂ２Ｏ３）が共にドープ（添加）されて形成されたコア層３を備えている。
【００１８】
また、光ファイバ２は、コア層３全体の屈折率よりも低い屈折率を有するシリカにより形成されており、コア層３を被覆する第１のクラッド層４と、上記シリカ層に、そのシリカの屈折率よりも低い屈折率を有するフッ素（Ｆ）がドープされて形成されており、第１のクラッド層４を覆う第２のクラッド層５とを備えている。
【００１９】
ここで、コア層３の材料となるシリカ（ＳｉＯ２）、このシリカに共にドープ（コドープ）されたゲルマニウム（ＧｅＯ２）およびボロン（Ｂ２Ｏ３）の屈折率の温度依存性を下表１に示す。
【表１】
【００２０】
すなわち、コア層３にドープされたゲルマニウムの屈折率は、正の温度依存性を持っており、このコア層３に上記ゲルマニウムとコドープされたボロンの屈折率は、上記正の温度依存性をキャンセルする負の温度依存性を持っている。
【００２１】
そして、ファイバグレーティング型光部品１は、コア層３のファイバ軸方向に沿った所定部位に形成された長周期グレーティング部１０を備えている。
【００２２】
この長周期グレーティング部１０は、コア層３の所定部位の屈折率のファイバの軸方向に沿った、例えば１００μｍ〜数１００μｍの周期変化、すなわち、高屈折率層および低屈折率層の周期構造を有している。
【００２３】
長周期グレーティング部１０は、例えば次のように形成されている。すなわち、上記ゲルマニウムおよびボロンがドープされたコア層３、シリカ層である第１のクラッド層４およびフッ素がドープされた第２のクラッド層５から成る光ファイバ２に対して高圧水素処理を行う。そして、高圧水素処理後の光ファイバ２のコア層３におけるファイバ軸方向に沿った所定部位に対して、ファイバ軸方向に対応する長手方向に沿って、上記グレーティングの周期に対応する所定の周期ピッチ毎に形成されたスリットを有するフェーズマスクを介して紫外線を照射することにより形成されている。
【００２４】
さらに、ファイバグレーティング型光部品１は、長周期グレーティング部１０が形成された光ファイバ２の第２のクラッド層５の外周部に対して、例えばメタライズ処理によりハーメチック（気密・湿密）、すなわち、空気・湿度を通さないように２重コーティングされたメタライズ層１１を備えている。
【００２５】
図２は、ファイバグレーティング型光部品１の径方向に沿った横断面図である。なお、図２においては、光ファイバ２を１つの断面として示し、また、メタライズ層１１の層厚を拡大して示している。
【００２６】
図２に示すように、メタライズ層１１は、第２のクラッド層５に対して第１の金属部材である例えばチタン（Ｔｉ）をコーティングし、チタンがコーティングされた光ファイバ２を１００〜１５０℃の温度を有する熱処理炉内で例えば１２分熱処理して形成されたチタン層１１ａと、このチタン層１１ａがコーティングされた光ファイバ２のチタン層１１ａに対して第２の金属部材である例えばニッケル（Ｎｉ）をコーティングし、ニッケルがコーティングされた光ファイバ２を１００℃以下の温度を有する熱処理炉内で例えば７５分熱処理して形成されたニッケル層１１ｂとを備えている。
【００２７】
次に、メタライズ層に関する図２の変形例について図１０を参照して説明する。
図１０（Ａ）は、メタライズ層の他実施例を示す径方向に沿った横断面図であり、図１０（Ｂ）はその縦断面図である。
【００２８】
具体的には、長周期グレーティング部１０が形成された光ファイバのクラッド層の外周部に対して、複数層からなるメタライズ層２０を形成させるものである。
メタライズ層２０は、まず、イオンプレーティング法を用いて、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕの金属膜を順に作製される。各金属膜の膜厚は、それぞれ０．０３〜１μｍ、０．０７〜１μｍ、０．０６〜０．１μｍに制御される。図１０では、Ｔｉの金属膜は０．０５１μｍ、Ｎｉの金属膜は０．０９μｍ、Ａｕの金属膜は０．０８μｍである。
【００２９】
次に、イオンプレーティング法で形成されたメタライズ層２０のさらに外周部に対して、電解メッキ法によりＡｕをメタライズする。このＡｕの膜厚は、０．５μｍ〜１０μｍに制御されるが、図１０では０．８μｍである。
【００３０】
メタライズ層２０を形成させる際は、長周期グレーティング部１０を湾曲状態ではなく、直線状態にして行うと、メタライズ層２０の膜厚を均一に形成することができて好ましい。また、長周期グレーティング部１０の軸方向に、５０〜１００ｇ程度の荷重を維持させた状態でメタライズ層２０を形成させると、より直線状態を保ちながらメタライズ層２０を形成させることが出来る。
【００３１】
メタライズ層２０の形成方法は、イオンプレーティング法を適用したが、これ以外では、蒸着法、スパッタ法等のＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が適用可能である。
【００３２】
メタライズ層２０の金属膜は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕの組合せを既に説明したが、金属膜はこれに限らず、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇを適宜選択し、組合せても良い。つまり、メタライズ層２０は、適宜選択された金属膜を組合せて多層構造としても良い。なお、メタライズ層２０は、多層構造に限らず、単層構造で膜厚を制御したものとしても良い。
【００３３】
メタライズ層２０の金属膜の膜厚は、特に限定されず、形成方法、金属膜の材料により異なる。図１０の構成は単なる一例である。金属膜の膜厚を厚くすると、耐湿特性は向上するが、メタライズ層２０を形成するために多大な時間を要するというデメリットも生じる。このため、これらのバランスを考慮し、金属膜材料および形成方法の選定を行えばよい。
【００３４】
上述のように、メタライズ層が作製されたファイバグレーティング型光部品の耐湿特性について説明する。なお、耐湿特性の試験条件は、温度１１０℃、湿度１００％Ｒ．Ｈ．、気圧１．５ａｔｍ、時間１００ｈｒで行い、中心波長変動および透過損失変動について測定を行った。
【００３５】
図１１は、耐湿特性の試験結果である。図１１から試験前と試験後において、中心波長変動および透過損失変動がほとんど見られないことがよくわかる。なお、中心波長変動は０．１ｎｍ以下であり、透過損失変動は０．０５ｄＢ以下であった。
【００３６】
次に、図１０に示したメタライズ層のさらに変形例について説明する。
図示しないが、この変形例のメタライズ層は、イオンプレーティング法を用いて、Ｔｉ、Ａｕの順に作製されたものである。各膜厚は、それぞれ０．０５１μｍ、０．０８μｍである。つまり、この実施例でのメタライズ層は、図１０で説明したメタライズ層のＮｉ層と、最外層のＡｕ層を省略した構造である。
【００３７】
このようにメタライズ層が作製されたファイバグレーティング型光部品の耐湿特性について図１２を参照して説明する。なお、耐湿特性の試験条件および測定項目は、図１１と同様のため説明を省略する。
【００３８】
図１２から図１１より中心波長変動が大きいことがわかる。しかしながら、中心波長変動は０．６ｎｍ以下であり、透過損失変動は０．０２ｄＢ以下であった。中心波長変動は、図１１の構成の方が少ないもののメタライズ層が２層の金属膜のみで構成され、形成方法においても電解メッキを行う必要が無いため、作製が容易であり、低コストであるというメリットを有する。
【００３９】
上述したように、クラッド層の外周部に対し、複数層からなるメタライズ層を形成したことにより、中心波長変動および透過損失変動の耐湿特性がより向上する。つまり、上述したメタライズ層が形成されたファイバグレーティング型光部品を、高湿の環境下において使用しても、中心波長変動および透過損失変動はほぼ無くなる。
【００４０】
なお、メタライズ層が形成された外周部に対し、さらに溶融石英ガラス層を形成させてもよい。溶融石英ガラス層は、メタライズ層を形成した後、メタライズ層形成と同様に、５０〜１００ｇ程度の張力を維持した状態で形成させる。このように溶融石英ガラス層を形成させると、長周期グレーティング部の外力、外圧等による曲げを防止することが出来る。この結果、長周期グレーティング部の屈折率変化部分のピッチ間が変化することなく、長期にわたり安定した反射・透過特性を維持することが出来る。
【００４１】
図３は、光ファイバ２の寸法および屈折率分布のプロファイル（一点鎖線で示す）を概略的に示す図である。
【００４２】
コア層３は、約１０μｍのモードフィールド径ｄ１（ファイバ内（コア層３内）の光の強度分布の広がりを表す）を有しており、また、第１のクラッド層４は、約１１９μｍのクラッド径ｄ２（コア層３を含む第１のクラッド層４の直径）を有している。
【００４３】
また、コア層３の屈折率および第１のクラッド層４の屈折率は階段状（ステップ状）に変化しており、コア層３および第１のクラッド層４の比屈折率差△１は、コア層３のモードフィールド径を大きくしながら、入射された光信号の波長帯域におけるパルス分散を抑制するために、例えば約０．３５％に設定されている。
【００４４】
そして、第２のクラッド層５自体の層厚ｄ４および第１のクラッド層４に対する比屈折率差△２は、その第２のクラッド層５が第１のクラッド層４を介して伝播されるクラッドモードの光信号を第１のクラッド層４内に閉じ込めることができるようにそれぞれ設定されている。
【００４５】
例えば、第２のクラッド層５の層厚ｄ４が約４±０．５μｍ｛クラッド径ｄ３（コア層３および第１のクラッド層４を含む第２のクラッド層５の直径）＝約１２５μｍ｝に設定され、第２のクラッド層５の第１のクラッド層４に対する比屈折率差△２が約０．５％±０．０５％に設定されている。
【００４６】
なお、上記比屈折率差△１および△２は、コア層３、第１のクラッド層４および第２のクラッド層５にそれぞれドープされるドープ材料の量により設定されている。
【００４７】
また、チタン層１１ａの層厚ｄ６は、例えば約０．０５μｍに設定され、ニッケル層１１ｂの層厚は、例えば約０．０９μｍに設定されており、メタライズ層１１全体の層厚ｄ５は、約０．１４μｍに設定されている。
【００４８】
次に、本実施形態に係わるファイバグレーティング型光部品１の作用について説明する。
【００４９】
最初に、ファイバグレーティング型光部品１の波長遮断作用（フィルタ作用）について説明する。
【００５０】
図１に示すように、ファイバグレーティング型光部品１の光ファイバ２におけるコア層３に形成された長周期グレーティング部１０により、例えばコア層を図中右から左に向かう光信号における特定の波長帯を有する伝搬モード（基本モード）の光信号は、コア層３から第１のクラッド層４へ放出され、その第１のクラッド層４を介して伝搬されるクラッドモードの光信号Ｓ１、Ｓ２へ結合する。この結果、クラッドモードの光信号Ｓ１、Ｓ２へ結合した所定の波長帯の光信号を損失として、長周期グレーティング部１０の通過を遮断することができる。
【００５１】
したがって、長周期グレーティング部１０を有するファイバグレーティング型光部品１を所望の波長遮断帯域（波長透過損失帯域）を有する遮断フィルタとして機能させることができる。
【００５２】
次に、本実施形態特有の作用について説明する。
【００５３】
前掲図８に示したように、ＳＭＦを用いた長周期ファイバグレーティングの中心波長は、大きな温度依存性（約５０ｐｍ／℃）を有している。これは、ＳＭＦのコア層にドープされたゲルマニウムの屈折率が、表１に示したように、正の温度依存性を持っていることがその理由である。
【００５４】
しかしながら、本実施形態のファイバグレーティング型光部品１のコア層３は、上記正の温度依存性を持つ屈折率を有するゲルマニウムに加えて、その正の温度依存性をキャンセルする負の温度依存性を持つボロンがドープされている。このため、屈折率の温度依存性を相殺することができ、上記屈折率の温度依存性に起因した光部品１の中心波長の温度依存性を大幅に抑制することができる。
【００５５】
図４は、本実施形態のファイバグレーティング型光部品１の中心波長の温度依存性を実際に測定した結果を示しており、その中心波長の温度依存性は最大約０．２ｎｍ程度となり、大幅に抑制することができた。
【００５６】
一方、前掲図９に示したように、ＳＭＦを用いた長周期ファイバグレーティングに対して、ベルコアのＧＲ‐１２２１に準拠した長期信頼性試験（高温高湿試験）を行った際に、中心波長のシフトおよび透過損失特性の波形の変動が発生する。この中心波長のシフトおよび透過損失特性の波形変動の理由は、ＳＭＦの周囲の外部環境成分（特に、湿度）がＳＭＦ内に浸透して、ＳＭＦの長周期グレーティングの特性を変化させてしまうことがその理由である。
【００５７】
しかしながら、本実施形態の光ファイバ２は、その外周部がメタライズ層１１によりハーメチックにコーティングされているため、光ファイバ２自体が外部環境成分である空気や湿度に接触することを完全に防止することができ、長周期グレーティング部１０の特性を長期的に維持することができる。
【００５８】
特に、本実施形態では、光ファイバ２のコア層３および第１のクラッド層４、すなわち、ＳＭＦに対して直接メタライズ層によりハーメチックにコーティングするのではなく、光ファイバ２の第１のクラッド層４を第２のクラッド層５で被覆し、その第２のクラッド層の外周部をメタライズ層１１によりハーメチックにコーティングしている。
【００５９】
ここで、ＳＭＦ（１層のクラッド層）をメタライズ処理により直接メタライズ層によりハーメチックにコーティングした場合のファイバ型グレーティング部品のメタライズ前およびメタライズ後の透過損失特性をそれぞれ図５に示す。
【００６０】
図５に示すように、ファイバの外周部（１層のクラッド層の外周部）に直接メタライズ層をコーティングすると、このメタライズ層により、ＳＭＦのクラッド層の屈折率が変化して長周期グレーティングにおける基本モードおよびクラッドモード間の結合係数が変化してしまう結果、ＳＭＦの長期信頼性試験結果と同様に、その長周期グレーティングの中心波長が大きくずれてしまい、さらに、透過波長損失波形が変動することが分かる。
【００６１】
したがって、ＳＭＦを単にメタライズ層によりコーティングしたファイバグレーティング型光部品を用いて例えば光増幅器の利得平坦化フィルタを製造した場合、例えば、設計許容値を中心波長変動値が約０．５ｎｍ以下、および透過損失波形変動値が約１ｄＢ以下と設定すると、上記中心波長変動および透過波長損失波形変動に起因して製造歩留まりを低下させる恐れが生じている。
【００６２】
しかしながら、本実施形態では、光ファイバ２の第１のクラッド層４を、第１のクラッド層４の屈折率よりも低い屈折率を有する第２のクラッド層５で被覆し、その第２のクラッド層の外周部をメタライズ層１１によりハーメチックにコーティングしている。
【００６３】
このため、第１のクラッド層４を伝搬するクラッドモードの光信号Ｓ１、Ｓ２は、上記第１および第２のクラッド層４および５の比屈折率差により、図１に示すように、第２のクラッド層５に対する境界面において全反射して当該第１のクラッド層４内を伝搬する。
【００６４】
この結果、第１のクラッド層４の外部環境に依存することなく、第１のクラッド層４を伝搬するクラッドモードの光信号Ｓ１、Ｓ２を、その第１のクラッド層４内に閉じ込めることができる。
【００６５】
したがって、第２のクラッド層５の外周部をコーティングするメタライズ層１１は、第１のクラッド層４、すなわち、その第１のクラッド層４内を伝搬するクラッドモードの光信号Ｓ１、Ｓ２に対して影響を与えない。このため、メタライズ層１１に起因した長周期グレーティング部１０の中心波長のシフトおよび透過波長損失波形の変動を大幅に抑制することができる。
【００６６】
図６は、本実施形態のファイバグレーティング型光部品１のメタライズ前およびメタライズ後の透過損失特性を実際に測定した結果をそれぞれ示す図である。
【００６７】
図６に示すように、本実施形態のファイバグレーティング型光部品１のメタライズ前およびメタライズ後の透過損失特性の変動は、約０．２ｄＢとなり、大幅に抑制することができた。
【００６８】
そして、本実施形態のファイバグレーティング型光部品１に対して、ベルコアのＧＲ‐１２２１に準拠した長期信頼性試験（高温高湿試験；８５℃・８０％ＲＨの高温高湿環境下で２０００時間の試験）を行った結果を図７に示す。
【００６９】
図７に示すように、ファイバグレーティング型光部品１の中心波長は、試験前（初期）と試験後において略一致した。また、透過損失特性の波形は、その試験前と試験後において約０．１ｄＢとなった。
【００７０】
この結果、ファイバグレーティング型光部品１をＷＤＭシステム等の様々や光通信システムに利用する際の設計許容値（中心波長変動を約０．５ｎｍ以下、透過損失波形変動を約１ｄＢ以下）を十分に満足することができ、ファイバグレーティング型光部品１自体およびそのファイバグレーティング型光部品１を含む光通信システムの長期的な信頼性を高く維持することができる。
【００７１】
なお、本実施形態においては、コア層３のドープ材料をゲルマニウムおよびボロンとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、コア層３の基材（シリカ層）の屈折率よりも高く且つ正の温度依存性を持つ屈折率を有し、紫外線に感光する第１の材料、および上記コア層３の基材の屈折率よりも高く且つ正の温度依存性をキャンセルする負の温度依存性を持つ屈折率を有し、紫外線に感光する第２の材料の組み合わせであればよい。
【００７２】
また、本実施形態では、第１のクラッド層（シリカ層）４の屈折率よりも低い屈折率を有するフッ素（Ｆ）を第２のクラッド層５にドープしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１のクラッド層（シリカ層）４の屈折率よりも低い屈折率を有する材料であれば、ホウ素等、他の材料をドープすることも可能である。
【００７３】
さらに、本実施形態では、第２のクラッド層５の外周をコーティングする材料として、チタンおよびニッケルを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、光ファイバ２をハーメチック（気密・湿密）に保持できる材料であれば、何れの材料（例えばカーボン材料等）をコーティングすることも可能である。また、１重コーティングとすることも可能である。
【００７４】
そして、本実施形態では、第２のクラッド層５の層厚ｄ４を約４±０．５μｍに設定し、第２のクラッド層５の第１のクラッド層４に対する比屈折率差△２を約０．５％±０．０５％に設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２のクラッド層５が第１のクラッド層４を介して伝播されるクラッドモードの光信号を第１のクラッド層４内に閉じ込めることができる値であれば、どの値を用いることも可能である。
【００７５】
特に、上記第２のクラッド層５の第１のクラッド層４に対する比屈折率差△２と第２のクラッド層５の層厚ｄ４とは反比例の関係にあり、製造容易性や製造コストの観点から、適切に設定されることが望ましい。
【００７６】
例えば、製造コストを重視すれば、第２のクラッド層５の比屈折率差△２を大きく、例えば約０．７％に設定し、第２のクラッド層５の層厚ｄ４を小さく、例えば２μｍに設定することも可能である。
【００７７】
また、製造容易性を重視すれば、第２のクラッド層５の比屈折率差△２を小さく、例えば約０．１％に設定し、第２のクラッド層５の層厚ｄ４を大きく、例えば４０μｍに設定することも可能である。
【００７８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係わるファイバグレーティング型光部品によれば、光ファイバのコア層に、紫外線に感光し、かつ正の温度依存性を持つ屈折率を有する第１の材料、および前記正の温度依存性をキャンセルする負の温度依存性を持つ屈折率を有する第２の材料を共にドープしている。このため、コア層における屈折率の温度依存性を相殺することができ、ファイバグレーティング型光部品における屈折率の温度依存性に起因したグレーティング部の中心波長の温度依存性を大幅に抑制することができる。
【００７９】
また、本発明に係わるファイバグレーティング型光部品によれば、光ファイバの第２のクラッド層の外周部をコーティング部材によりハーメチックにコーティングしている。このため、光ファイバ周囲の外部環境の第１のクラッド層に対する影響（第１のクラッド層内を伝搬するクラッドモードの光信号に対する影響）を、上記コーティング部材により防止することができ、ファイバグレーティング型光部品の長期的信頼性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わるファイバグレーティング型光部品を示す斜視図。
【図２】図１に示すファイバグレーティング型光部品の径方向に沿った横断面図。
【図３】図１に示す光ファイバの寸法および屈折率分布のプロファイルを概略的に示す図。
【図４】本実施形態のファイバグレーティング型光部品の中心波長の温度依存性を実際に測定した結果を示す図。
【図５】ＳＭＦをメタライズ処理により直接メタライズ層によりハーメチックにコーティングした場合のファイバ型グレーティング部品のメタライズ前およびメタライズ後の透過損失特性をそれぞれ示す図。
【図６】本実施形態のファイバグレーティング型光部品のメタライズ前およびメタライズ後の透過損失特性を実際に測定した結果をそれぞれ示す図。
【図７】本実施形態のファイバグレーティング型光部品に対して、ベルコアのＧＲ‐１２２１に準拠した長期信頼性試験を行った結果を示す図。
【図８】ＳＭＦを用いた長周期グレーティングの中心波長の温度依存性を示す図。
【図９】ＳＭＦを用いた長周期ファイバグレーティングに対してベルコアのＧＲ‐１２２１に準拠した長期信頼性試験を行った結果を示す図。
【図１０】図１０（Ａ）は、図２に示すファイバグレーティング型光部品の一変形例を示す横断面図であり、図１０（Ｂ）は（Ａ）の縦断面図である。
【図１１】図１０の構造のファイバグレーティング型光部品の中心波長変動および透過損失変動を示す図である。
【図１２】図１０の変形例の構造のファイバグレーティング型光部品の中心波長変動および透過損失変動を示す図である。
【符号の説明】
１：ファイバグレーティング型光部品
２：光ファイバ
３：コア層
４：第１のクラッド層
５：第２のクラッド層
１０：長周期グレーティング部
１１：メタライズ層
１１ａ：チタン層
１１ｂ：ニッケル層
２０：メタライズ層
【発明の属する技術分野】
本発明は、光フィルタ等として利用されるファイバグレーティング型光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファイバグレーティング型光部品は、シングルモード光ファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ：ＳＭＦ）と、このＳＭＦのコア層に対して紫外レーザ光を照射することによりファイバ軸方向に形成された屈折率の周期的変化であるファイバグレーティングとを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この周期的変化が、その周期的変化部位を介して伝送される光信号の波長帯域と同一オーダである例えば１μｍオーダのファイバグレーティングを短周期ファイバグレーティング（ＦＢＧ；Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）と呼び、また、１００μｍ〜数１００μｍの周期的変化を持つファイバグレーティングを長周期ファイバグレーティングと呼ぶ。
【０００４】
長周期ファイバグレーティングは、光ファイバの導波モードの光信号パワーをクラッドモードの光信号へ結合させることができる。この特性を利用して、上記長周期グレーティングを用いたファイバグレーティング型光部品は、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；エルビゥム添加光ファイバ増幅器）等の光ファイバ増幅器のＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ；増幅された自然放出光）抑制・除去や利得波長依存性を補償するためのフィルタデバイスとして、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；波長分割多重）システム等の様々や光通信システムに利用されている。
【０００５】
例えば、利得等化器を有する長周期グレーティングをＥＤＦＡおよび利得等化器と組み合わせることにより、ＥＤＦＡおよび利得等化器の利得特性の変化を補償することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１４５９４１号。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＭＦを用いた長周期ファイバグレーティングの中心波長は、図８に示すように、一般的な利得等化器に比べて大きな温度依存性（約５０ｐｍ／℃）を有している。このため、ＳＭＦを用いた長周期ファイバグレーティングを利用する際には、上記中心波長の温度依存性を補償する手段が新たに必要になり、長周期ファイバグレーティングの利用を困難なものとしていた。
【０００８】
ところで、長周期ファイバグレーティングをＷＤＭシステム等の様々や光通信システムに利用するためには、長期的に信頼性を確保する観点から、設計許容値、例えば、中心波長変動を約０．５ｎｍ以下、および透過損失波形変動を約１ｄＢ以下に抑制しなければならない。
【０００９】
この点、ＳＭＦを用いた長周期ファイバグレーティングに対して、ベルコアのＧＲ‐１２２１に準拠した長期信頼性試験（高温高湿試験；８５℃・８０％ＲＨの高温高湿環境下で２０００時間の試験）を行った結果、図９に示すように、中心波長が約３ｎｍ低波長側にシフトし、透過損失特性の波形が変動することが分かった。
【００１０】
このため、長周期ファイバグレーティングの長期信頼性の向上、すなわち、ベルコアのＧＲ‐１２２１準拠の長期信頼性試験において、中心波長のシフトを大幅に抑制し、透過損失波形を略一致させる必要が生じていた。
【００１１】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、長周期ファイバグレーティングの中心波長の温度依存性を大幅に抑制することができるファイバグレーティング型光部品を提供することをその第１の目的とする。
【００１２】
また、本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、長周期ファイバグレーティングの長期信頼性を大幅に向上させることができるファイバグレーティング型光部品を提供することをその第２の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の態様に係わるファイバグレーティング型光部品によれば、紫外線に感光し、かつ正の温度依存性を持つ屈折率を有する第１の材料、および前記正の温度依存性をキャンセルする負の温度依存性を持つ屈折率を有する第２の材料が共にドープされたコア層と、このコア層の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記コア層を被覆する第１のクラッド層と、この第１のクラッド層の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記第１のクラッド層を覆う第２のクラッド層とをそれぞれ有する光ファイバと、
前記光ファイバのコア層のファイバ軸方向に沿った所定部位における当該コア層の屈折率の前記ファイバ軸方向に沿った周期的変化として形成されたグレーティング部と、を備えている。
【００１４】
特に、本発明の態様において、前記第２のクラッド層の外周部をハーメチックにコーティングするコーティング部材をさらに備えている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わるファイバグレーティング型光部品１を示す斜視図である。
【００１６】
図１に示すように、ファイバグレーティング型光部品１は、通常のＳＭＦの代わりとして、グレーティング用光ファイバ２を備えている。
【００１７】
このグレーティング用光ファイバ２は、図１に示すように、石英ガラス（シリカ（ＳｉＯ２）ガラス）に対して、上記シリカより屈折率が高く且つ紫外線に感光するゲルマニウム（Ｇｅ；ゲルマニア（ＧｅＯ２と同義である））およびボロン（Ｂ２Ｏ３）が共にドープ（添加）されて形成されたコア層３を備えている。
【００１８】
また、光ファイバ２は、コア層３全体の屈折率よりも低い屈折率を有するシリカにより形成されており、コア層３を被覆する第１のクラッド層４と、上記シリカ層に、そのシリカの屈折率よりも低い屈折率を有するフッ素（Ｆ）がドープされて形成されており、第１のクラッド層４を覆う第２のクラッド層５とを備えている。
【００１９】
ここで、コア層３の材料となるシリカ（ＳｉＯ２）、このシリカに共にドープ（コドープ）されたゲルマニウム（ＧｅＯ２）およびボロン（Ｂ２Ｏ３）の屈折率の温度依存性を下表１に示す。
【表１】
すなわち、コア層３にドープされたゲルマニウムの屈折率は、正の温度依存性を持っており、このコア層３に上記ゲルマニウムとコドープされたボロンの屈折率は、上記正の温度依存性をキャンセルする負の温度依存性を持っている。
【００２１】
そして、ファイバグレーティング型光部品１は、コア層３のファイバ軸方向に沿った所定部位に形成された長周期グレーティング部１０を備えている。
【００２２】
この長周期グレーティング部１０は、コア層３の所定部位の屈折率のファイバの軸方向に沿った、例えば１００μｍ〜数１００μｍの周期変化、すなわち、高屈折率層および低屈折率層の周期構造を有している。
【００２３】
長周期グレーティング部１０は、例えば次のように形成されている。すなわち、上記ゲルマニウムおよびボロンがドープされたコア層３、シリカ層である第１のクラッド層４およびフッ素がドープされた第２のクラッド層５から成る光ファイバ２に対して高圧水素処理を行う。そして、高圧水素処理後の光ファイバ２のコア層３におけるファイバ軸方向に沿った所定部位に対して、ファイバ軸方向に対応する長手方向に沿って、上記グレーティングの周期に対応する所定の周期ピッチ毎に形成されたスリットを有するフェーズマスクを介して紫外線を照射することにより形成されている。
【００２４】
さらに、ファイバグレーティング型光部品１は、長周期グレーティング部１０が形成された光ファイバ２の第２のクラッド層５の外周部に対して、例えばメタライズ処理によりハーメチック（気密・湿密）、すなわち、空気・湿度を通さないように２重コーティングされたメタライズ層１１を備えている。
【００２５】
図２は、ファイバグレーティング型光部品１の径方向に沿った横断面図である。なお、図２においては、光ファイバ２を１つの断面として示し、また、メタライズ層１１の層厚を拡大して示している。
【００２６】
図２に示すように、メタライズ層１１は、第２のクラッド層５に対して第１の金属部材である例えばチタン（Ｔｉ）をコーティングし、チタンがコーティングされた光ファイバ２を１００〜１５０℃の温度を有する熱処理炉内で例えば１２分熱処理して形成されたチタン層１１ａと、このチタン層１１ａがコーティングされた光ファイバ２のチタン層１１ａに対して第２の金属部材である例えばニッケル（Ｎｉ）をコーティングし、ニッケルがコーティングされた光ファイバ２を１００℃以下の温度を有する熱処理炉内で例えば７５分熱処理して形成されたニッケル層１１ｂとを備えている。
【００２７】
次に、メタライズ層に関する図２の変形例について図１０を参照して説明する。
図１０（Ａ）は、メタライズ層の他実施例を示す径方向に沿った横断面図であり、図１０（Ｂ）はその縦断面図である。
【００２８】
具体的には、長周期グレーティング部１０が形成された光ファイバのクラッド層の外周部に対して、複数層からなるメタライズ層２０を形成させるものである。
メタライズ層２０は、まず、イオンプレーティング法を用いて、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕの金属膜を順に作製される。各金属膜の膜厚は、それぞれ０．０３〜１μｍ、０．０７〜１μｍ、０．０６〜０．１μｍに制御される。図１０では、Ｔｉの金属膜は０．０５１μｍ、Ｎｉの金属膜は０．０９μｍ、Ａｕの金属膜は０．０８μｍである。
【００２９】
次に、イオンプレーティング法で形成されたメタライズ層２０のさらに外周部に対して、電解メッキ法によりＡｕをメタライズする。このＡｕの膜厚は、０．５μｍ〜１０μｍに制御されるが、図１０では０．８μｍである。
【００３０】
メタライズ層２０を形成させる際は、長周期グレーティング部１０を湾曲状態ではなく、直線状態にして行うと、メタライズ層２０の膜厚を均一に形成することができて好ましい。また、長周期グレーティング部１０の軸方向に、５０〜１００ｇ程度の荷重を維持させた状態でメタライズ層２０を形成させると、より直線状態を保ちながらメタライズ層２０を形成させることが出来る。
【００３１】
メタライズ層２０の形成方法は、イオンプレーティング法を適用したが、これ以外では、蒸着法、スパッタ法等のＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が適用可能である。
【００３２】
メタライズ層２０の金属膜は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕの組合せを既に説明したが、金属膜はこれに限らず、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇを適宜選択し、組合せても良い。つまり、メタライズ層２０は、適宜選択された金属膜を組合せて多層構造としても良い。なお、メタライズ層２０は、多層構造に限らず、単層構造で膜厚を制御したものとしても良い。
【００３３】
メタライズ層２０の金属膜の膜厚は、特に限定されず、形成方法、金属膜の材料により異なる。図１０の構成は単なる一例である。金属膜の膜厚を厚くすると、耐湿特性は向上するが、メタライズ層２０を形成するために多大な時間を要するというデメリットも生じる。このため、これらのバランスを考慮し、金属膜材料および形成方法の選定を行えばよい。
【００３４】
上述のように、メタライズ層が作製されたファイバグレーティング型光部品の耐湿特性について説明する。なお、耐湿特性の試験条件は、温度１１０℃、湿度１００％Ｒ．Ｈ．、気圧１．５ａｔｍ、時間１００ｈｒで行い、中心波長変動および透過損失変動について測定を行った。
【００３５】
図１１は、耐湿特性の試験結果である。図１１から試験前と試験後において、中心波長変動および透過損失変動がほとんど見られないことがよくわかる。なお、中心波長変動は０．１ｎｍ以下であり、透過損失変動は０．０５ｄＢ以下であった。
【００３６】
次に、図１０に示したメタライズ層のさらに変形例について説明する。
図示しないが、この変形例のメタライズ層は、イオンプレーティング法を用いて、Ｔｉ、Ａｕの順に作製されたものである。各膜厚は、それぞれ０．０５１μｍ、０．０８μｍである。つまり、この実施例でのメタライズ層は、図１０で説明したメタライズ層のＮｉ層と、最外層のＡｕ層を省略した構造である。
【００３７】
このようにメタライズ層が作製されたファイバグレーティング型光部品の耐湿特性について図１２を参照して説明する。なお、耐湿特性の試験条件および測定項目は、図１１と同様のため説明を省略する。
【００３８】
図１２から図１１より中心波長変動が大きいことがわかる。しかしながら、中心波長変動は０．６ｎｍ以下であり、透過損失変動は０．０２ｄＢ以下であった。中心波長変動は、図１１の構成の方が少ないもののメタライズ層が２層の金属膜のみで構成され、形成方法においても電解メッキを行う必要が無いため、作製が容易であり、低コストであるというメリットを有する。
【００３９】
上述したように、クラッド層の外周部に対し、複数層からなるメタライズ層を形成したことにより、中心波長変動および透過損失変動の耐湿特性がより向上する。つまり、上述したメタライズ層が形成されたファイバグレーティング型光部品を、高湿の環境下において使用しても、中心波長変動および透過損失変動はほぼ無くなる。
【００４０】
なお、メタライズ層が形成された外周部に対し、さらに溶融石英ガラス層を形成させてもよい。溶融石英ガラス層は、メタライズ層を形成した後、メタライズ層形成と同様に、５０〜１００ｇ程度の張力を維持した状態で形成させる。このように溶融石英ガラス層を形成させると、長周期グレーティング部の外力、外圧等による曲げを防止することが出来る。この結果、長周期グレーティング部の屈折率変化部分のピッチ間が変化することなく、長期にわたり安定した反射・透過特性を維持することが出来る。
【００４１】
図３は、光ファイバ２の寸法および屈折率分布のプロファイル（一点鎖線で示す）を概略的に示す図である。
【００４２】
コア層３は、約１０μｍのモードフィールド径ｄ１（ファイバ内（コア層３内）の光の強度分布の広がりを表す）を有しており、また、第１のクラッド層４は、約１１９μｍのクラッド径ｄ２（コア層３を含む第１のクラッド層４の直径）を有している。
【００４３】
また、コア層３の屈折率および第１のクラッド層４の屈折率は階段状（ステップ状）に変化しており、コア層３および第１のクラッド層４の比屈折率差△１は、コア層３のモードフィールド径を大きくしながら、入射された光信号の波長帯域におけるパルス分散を抑制するために、例えば約０．３５％に設定されている。
【００４４】
そして、第２のクラッド層５自体の層厚ｄ４および第１のクラッド層４に対する比屈折率差△２は、その第２のクラッド層５が第１のクラッド層４を介して伝播されるクラッドモードの光信号を第１のクラッド層４内に閉じ込めることができるようにそれぞれ設定されている。
【００４５】
例えば、第２のクラッド層５の層厚ｄ４が約４±０．５μｍ｛クラッド径ｄ３（コア層３および第１のクラッド層４を含む第２のクラッド層５の直径）＝約１２５μｍ｝に設定され、第２のクラッド層５の第１のクラッド層４に対する比屈折率差△２が約０．５％±０．０５％に設定されている。
【００４６】
なお、上記比屈折率差△１および△２は、コア層３、第１のクラッド層４および第２のクラッド層５にそれぞれドープされるドープ材料の量により設定されている。
【００４７】
また、チタン層１１ａの層厚ｄ６は、例えば約０．０５μｍに設定され、ニッケル層１１ｂの層厚は、例えば約０．０９μｍに設定されており、メタライズ層１１全体の層厚ｄ５は、約０．１４μｍに設定されている。
【００４８】
次に、本実施形態に係わるファイバグレーティング型光部品１の作用について説明する。
【００４９】
最初に、ファイバグレーティング型光部品１の波長遮断作用（フィルタ作用）について説明する。
【００５０】
図１に示すように、ファイバグレーティング型光部品１の光ファイバ２におけるコア層３に形成された長周期グレーティング部１０により、例えばコア層を図中右から左に向かう光信号における特定の波長帯を有する伝搬モード（基本モード）の光信号は、コア層３から第１のクラッド層４へ放出され、その第１のクラッド層４を介して伝搬されるクラッドモードの光信号Ｓ１、Ｓ２へ結合する。この結果、クラッドモードの光信号Ｓ１、Ｓ２へ結合した所定の波長帯の光信号を損失として、長周期グレーティング部１０の通過を遮断することができる。
【００５１】
したがって、長周期グレーティング部１０を有するファイバグレーティング型光部品１を所望の波長遮断帯域（波長透過損失帯域）を有する遮断フィルタとして機能させることができる。
【００５２】
次に、本実施形態特有の作用について説明する。
【００５３】
前掲図８に示したように、ＳＭＦを用いた長周期ファイバグレーティングの中心波長は、大きな温度依存性（約５０ｐｍ／℃）を有している。これは、ＳＭＦのコア層にドープされたゲルマニウムの屈折率が、表１に示したように、正の温度依存性を持っていることがその理由である。
【００５４】
しかしながら、本実施形態のファイバグレーティング型光部品１のコア層３は、上記正の温度依存性を持つ屈折率を有するゲルマニウムに加えて、その正の温度依存性をキャンセルする負の温度依存性を持つボロンがドープされている。このため、屈折率の温度依存性を相殺することができ、上記屈折率の温度依存性に起因した光部品１の中心波長の温度依存性を大幅に抑制することができる。
【００５５】
図４は、本実施形態のファイバグレーティング型光部品１の中心波長の温度依存性を実際に測定した結果を示しており、その中心波長の温度依存性は最大約０．２ｎｍ程度となり、大幅に抑制することができた。
【００５６】
一方、前掲図９に示したように、ＳＭＦを用いた長周期ファイバグレーティングに対して、ベルコアのＧＲ‐１２２１に準拠した長期信頼性試験（高温高湿試験）を行った際に、中心波長のシフトおよび透過損失特性の波形の変動が発生する。この中心波長のシフトおよび透過損失特性の波形変動の理由は、ＳＭＦの周囲の外部環境成分（特に、湿度）がＳＭＦ内に浸透して、ＳＭＦの長周期グレーティングの特性を変化させてしまうことがその理由である。
【００５７】
しかしながら、本実施形態の光ファイバ２は、その外周部がメタライズ層１１によりハーメチックにコーティングされているため、光ファイバ２自体が外部環境成分である空気や湿度に接触することを完全に防止することができ、長周期グレーティング部１０の特性を長期的に維持することができる。
【００５８】
特に、本実施形態では、光ファイバ２のコア層３および第１のクラッド層４、すなわち、ＳＭＦに対して直接メタライズ層によりハーメチックにコーティングするのではなく、光ファイバ２の第１のクラッド層４を第２のクラッド層５で被覆し、その第２のクラッド層の外周部をメタライズ層１１によりハーメチックにコーティングしている。
【００５９】
ここで、ＳＭＦ（１層のクラッド層）をメタライズ処理により直接メタライズ層によりハーメチックにコーティングした場合のファイバ型グレーティング部品のメタライズ前およびメタライズ後の透過損失特性をそれぞれ図５に示す。
【００６０】
図５に示すように、ファイバの外周部（１層のクラッド層の外周部）に直接メタライズ層をコーティングすると、このメタライズ層により、ＳＭＦのクラッド層の屈折率が変化して長周期グレーティングにおける基本モードおよびクラッドモード間の結合係数が変化してしまう結果、ＳＭＦの長期信頼性試験結果と同様に、その長周期グレーティングの中心波長が大きくずれてしまい、さらに、透過波長損失波形が変動することが分かる。
【００６１】
したがって、ＳＭＦを単にメタライズ層によりコーティングしたファイバグレーティング型光部品を用いて例えば光増幅器の利得平坦化フィルタを製造した場合、例えば、設計許容値を中心波長変動値が約０．５ｎｍ以下、および透過損失波形変動値が約１ｄＢ以下と設定すると、上記中心波長変動および透過波長損失波形変動に起因して製造歩留まりを低下させる恐れが生じている。
【００６２】
しかしながら、本実施形態では、光ファイバ２の第１のクラッド層４を、第１のクラッド層４の屈折率よりも低い屈折率を有する第２のクラッド層５で被覆し、その第２のクラッド層の外周部をメタライズ層１１によりハーメチックにコーティングしている。
【００６３】
このため、第１のクラッド層４を伝搬するクラッドモードの光信号Ｓ１、Ｓ２は、上記第１および第２のクラッド層４および５の比屈折率差により、図１に示すように、第２のクラッド層５に対する境界面において全反射して当該第１のクラッド層４内を伝搬する。
【００６４】
この結果、第１のクラッド層４の外部環境に依存することなく、第１のクラッド層４を伝搬するクラッドモードの光信号Ｓ１、Ｓ２を、その第１のクラッド層４内に閉じ込めることができる。
【００６５】
したがって、第２のクラッド層５の外周部をコーティングするメタライズ層１１は、第１のクラッド層４、すなわち、その第１のクラッド層４内を伝搬するクラッドモードの光信号Ｓ１、Ｓ２に対して影響を与えない。このため、メタライズ層１１に起因した長周期グレーティング部１０の中心波長のシフトおよび透過波長損失波形の変動を大幅に抑制することができる。
【００６６】
図６は、本実施形態のファイバグレーティング型光部品１のメタライズ前およびメタライズ後の透過損失特性を実際に測定した結果をそれぞれ示す図である。
【００６７】
図６に示すように、本実施形態のファイバグレーティング型光部品１のメタライズ前およびメタライズ後の透過損失特性の変動は、約０．２ｄＢとなり、大幅に抑制することができた。
【００６８】
そして、本実施形態のファイバグレーティング型光部品１に対して、ベルコアのＧＲ‐１２２１に準拠した長期信頼性試験（高温高湿試験；８５℃・８０％ＲＨの高温高湿環境下で２０００時間の試験）を行った結果を図７に示す。
【００６９】
図７に示すように、ファイバグレーティング型光部品１の中心波長は、試験前（初期）と試験後において略一致した。また、透過損失特性の波形は、その試験前と試験後において約０．１ｄＢとなった。
【００７０】
この結果、ファイバグレーティング型光部品１をＷＤＭシステム等の様々や光通信システムに利用する際の設計許容値（中心波長変動を約０．５ｎｍ以下、透過損失波形変動を約１ｄＢ以下）を十分に満足することができ、ファイバグレーティング型光部品１自体およびそのファイバグレーティング型光部品１を含む光通信システムの長期的な信頼性を高く維持することができる。
【００７１】
なお、本実施形態においては、コア層３のドープ材料をゲルマニウムおよびボロンとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、コア層３の基材（シリカ層）の屈折率よりも高く且つ正の温度依存性を持つ屈折率を有し、紫外線に感光する第１の材料、および上記コア層３の基材の屈折率よりも高く且つ正の温度依存性をキャンセルする負の温度依存性を持つ屈折率を有し、紫外線に感光する第２の材料の組み合わせであればよい。
【００７２】
また、本実施形態では、第１のクラッド層（シリカ層）４の屈折率よりも低い屈折率を有するフッ素（Ｆ）を第２のクラッド層５にドープしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１のクラッド層（シリカ層）４の屈折率よりも低い屈折率を有する材料であれば、ホウ素等、他の材料をドープすることも可能である。
【００７３】
さらに、本実施形態では、第２のクラッド層５の外周をコーティングする材料として、チタンおよびニッケルを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、光ファイバ２をハーメチック（気密・湿密）に保持できる材料であれば、何れの材料（例えばカーボン材料等）をコーティングすることも可能である。また、１重コーティングとすることも可能である。
【００７４】
そして、本実施形態では、第２のクラッド層５の層厚ｄ４を約４±０．５μｍに設定し、第２のクラッド層５の第１のクラッド層４に対する比屈折率差△２を約０．５％±０．０５％に設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２のクラッド層５が第１のクラッド層４を介して伝播されるクラッドモードの光信号を第１のクラッド層４内に閉じ込めることができる値であれば、どの値を用いることも可能である。
【００７５】
特に、上記第２のクラッド層５の第１のクラッド層４に対する比屈折率差△２と第２のクラッド層５の層厚ｄ４とは反比例の関係にあり、製造容易性や製造コストの観点から、適切に設定されることが望ましい。
【００７６】
例えば、製造コストを重視すれば、第２のクラッド層５の比屈折率差△２を大きく、例えば約０．７％に設定し、第２のクラッド層５の層厚ｄ４を小さく、例えば２μｍに設定することも可能である。
【００７７】
また、製造容易性を重視すれば、第２のクラッド層５の比屈折率差△２を小さく、例えば約０．１％に設定し、第２のクラッド層５の層厚ｄ４を大きく、例えば４０μｍに設定することも可能である。
【００７８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係わるファイバグレーティング型光部品によれば、光ファイバのコア層に、紫外線に感光し、かつ正の温度依存性を持つ屈折率を有する第１の材料、および前記正の温度依存性をキャンセルする負の温度依存性を持つ屈折率を有する第２の材料を共にドープしている。このため、コア層における屈折率の温度依存性を相殺することができ、ファイバグレーティング型光部品における屈折率の温度依存性に起因したグレーティング部の中心波長の温度依存性を大幅に抑制することができる。
【００７９】
また、本発明に係わるファイバグレーティング型光部品によれば、光ファイバの第２のクラッド層の外周部をコーティング部材によりハーメチックにコーティングしている。このため、光ファイバ周囲の外部環境の第１のクラッド層に対する影響（第１のクラッド層内を伝搬するクラッドモードの光信号に対する影響）を、上記コーティング部材により防止することができ、ファイバグレーティング型光部品の長期的信頼性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わるファイバグレーティング型光部品を示す斜視図。
【図２】図１に示すファイバグレーティング型光部品の径方向に沿った横断面図。
【図３】図１に示す光ファイバの寸法および屈折率分布のプロファイルを概略的に示す図。
【図４】本実施形態のファイバグレーティング型光部品の中心波長の温度依存性を実際に測定した結果を示す図。
【図５】ＳＭＦをメタライズ処理により直接メタライズ層によりハーメチックにコーティングした場合のファイバ型グレーティング部品のメタライズ前およびメタライズ後の透過損失特性をそれぞれ示す図。
【図６】本実施形態のファイバグレーティング型光部品のメタライズ前およびメタライズ後の透過損失特性を実際に測定した結果をそれぞれ示す図。
【図７】本実施形態のファイバグレーティング型光部品に対して、ベルコアのＧＲ‐１２２１に準拠した長期信頼性試験を行った結果を示す図。
【図８】ＳＭＦを用いた長周期グレーティングの中心波長の温度依存性を示す図。
【図９】ＳＭＦを用いた長周期ファイバグレーティングに対してベルコアのＧＲ‐１２２１に準拠した長期信頼性試験を行った結果を示す図。
【図１０】図１０（Ａ）は、図２に示すファイバグレーティング型光部品の一変形例を示す横断面図であり、図１０（Ｂ）は（Ａ）の縦断面図である。
【図１１】図１０の構造のファイバグレーティング型光部品の中心波長変動および透過損失変動を示す図である。
【図１２】図１０の変形例の構造のファイバグレーティング型光部品の中心波長変動および透過損失変動を示す図である。
【符号の説明】
１：ファイバグレーティング型光部品
２：光ファイバ
３：コア層
４：第１のクラッド層
５：第２のクラッド層
１０：長周期グレーティング部
１１：メタライズ層
１１ａ：チタン層
１１ｂ：ニッケル層
２０：メタライズ層
Claims (5)
- 紫外線に感光し、かつ正の温度依存性を持つ屈折率を有する第１の材料、および前記正の温度依存性をキャンセルする負の温度依存性を持つ屈折率を有する第２の材料が共にドープされたコア層と、このコア層の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記コア層を被覆する第１のクラッド層と、この第１のクラッド層の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記第１のクラッド層を覆う第２のクラッド層とをそれぞれ有する光ファイバと、前記光ファイバのコア層のファイバ軸方向に沿った所定部位における当該コア層の屈折率の前記ファイバ軸方向に沿った周期的変化として形成されたグレーティング部と、を備えたことを特徴とするファイバグレーティング型光部品。
- 前記第１のクラッド層は、シリカ（ＳｉＯ２）から成るシリカ層であり、前記第２のクラッド層は、前記シリカ層に、当該シリカの屈折率よりも低い屈折率を有するホウ素およびフッ素の内の少なくとも一方がドープされて形成されていることを特徴とする請求項１記載のファイバグレーティング型光部品。
- 前記第２のクラッド層の第１のクラッド層に対する比屈折率差および径方向に沿った層厚を、当該第２のクラッド層が前記第１のクラッド層を介して伝播されるクラッドモードの光信号を当該第１のクラッド層内に閉じ込めることができるようにそれぞれ設定したことを特徴とする請求項１または２記載のファイバグレーティング型光部品。
- 前記第２のクラッド層の外周部をハーメチックにコーティングするコーティング部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３の内の何れか１項記載のファイバグレーティング型光部品。
- クラッド層の外周部に、金属膜が少なくとも一層以上形成されてなるメタライズ層が形成されたことを特徴とする請求項１記載のファイバグレーティング型光部品。
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